JPH0727764B2 - Microwave ion source - Google Patents
Microwave ion sourceInfo
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- JPH0727764B2 JPH0727764B2 JP1060992A JP6099289A JPH0727764B2 JP H0727764 B2 JPH0727764 B2 JP H0727764B2 JP 1060992 A JP1060992 A JP 1060992A JP 6099289 A JP6099289 A JP 6099289A JP H0727764 B2 JPH0727764 B2 JP H0727764B2
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- microwave
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- plasma chamber
- ion
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波イオン源に係り、例えば、イオン打
込みやイオンビームスパツタ、イオンによる表面改質等
を行なうイオン加工機に採用され、特に、酸素やフツ素
などの反応性の高い元素のイオンを必要とする装置に好
適なマイクロ波イオン源に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microwave ion source, and is applied to, for example, an ion implanter, an ion beam sputter, or an ion processing machine that performs surface modification by ions, and particularly The present invention relates to a microwave ion source suitable for an apparatus that requires ions of highly reactive elements such as oxygen and fluorine.
一般に、マイクロ波イオン源は、マイクロ波を放電室内
に導入して放電を起こさせ、この放電によつて放電室内
のガスをプラズマ化させ、このプラズマからイオンを取
り出すためのものである。Generally, a microwave ion source is for introducing microwaves into a discharge chamber to cause a discharge, and by this discharge, gas in the discharge chamber is turned into plasma and ions are taken out from the plasma.
ところで、従来、マイクロ波の送り方としては、次の３
種類があつた。By the way, conventionally, the following three methods have been used to send microwaves.
There were types.
1.矩形の導波管を通して送る。1. Send through a rectangular waveguide.
2.中空の円筒形の導波管を通して送る。2. Send through a hollow cylindrical waveguide.
3.同軸の導波管あるいは同軸ケーブルを用い、外部導体
と内部導体の間を送る。3. Use a coaxial waveguide or coaxial cable to send between the outer and inner conductors.
上記３種類の中で同軸導波管を用いる方法は、下記の特
徴を有しているため広く用いられている。Among the above three types, the method using the coaxial waveguide is widely used because it has the following features.
a.マイクロ波イオン源を小形にしてもマイクロ波を導入
することができる。a. Microwave can be introduced even if the microwave ion source is small.
b.同じインピーダンスで小形にできる。b. Can be made small with the same impedance.
c.同軸導波管として市販の同軸ケーブルを用いることが
できる。c. A commercially available coaxial cable can be used as the coaxial waveguide.
従来のこのような同軸構造を有するマイクロ波イオン源
は、特開昭59−96632号公報に記載のように、磁場発生
のための永久磁石がプラズマ室（放電室）の外周に設置
され、プラズマ室とは異なる電圧の印加されるイオン引
出し電極を高透磁率部材で形成していた。また、マイク
ロ波をプラズマ室に供給するための電気伝導の高い金属
より成る同軸線路が、プラズマ室内にむき出しの状態に
なつていた。In the conventional microwave ion source having such a coaxial structure, as described in JP-A-59-96632, a permanent magnet for generating a magnetic field is installed on the outer periphery of a plasma chamber (discharge chamber), and a plasma is generated. The ion extracting electrode to which a voltage different from that in the chamber is applied is formed of a high magnetic permeability member. Moreover, the coaxial line made of metal having high electric conductivity for supplying microwaves to the plasma chamber is exposed in the plasma chamber.
しかしながら、上記従来技術は、以下に示す点について
問題があつた。即ち、加速電極と減速電極（イオン引出
し電極）間の電界のかかつた空間に、0.1T程度の強い磁
場があるため、両電極間の耐放電電圧を高くできず、大
電流イオンの引出しに向いていない。又、永久磁石がプ
ラズマ室の周囲にあるため、プラズマ室断面を断面方向
に二次元的に大きくすることが困難である。However, the above-mentioned conventional technique has problems in the following points. That is, since there is a strong magnetic field of about 0.1T in the space between the accelerating electrode and the decelerating electrode (ion extraction electrode), there is a strong magnetic field of about 0.1T, so the discharge withstand voltage between both electrodes cannot be increased, and it is suitable for extracting high-current ions. Not not. Further, since the permanent magnet is around the plasma chamber, it is difficult to increase the cross section of the plasma chamber two-dimensionally in the cross sectional direction.
更に、マイクロ波の同軸線路がプラズマ室にむき出しに
なつているため、そこからスパツタされたCu、Ti等の金
属元素がプラズマに混ざり、プラズマの純度を低下させ
る。さらに、同軸線路の内部導体と外部導体間にある誘
電体絶縁物表面にCu、Ti等の金属元素が付着し、プラズ
マ室にマイクロ波を供給できなくなる。Further, since the microwave coaxial line is exposed in the plasma chamber, metal elements such as Cu and Ti sputtered from the microwave line are mixed with the plasma, and the purity of the plasma is lowered. Furthermore, metal elements such as Cu and Ti adhere to the surface of the dielectric insulator between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial line, and microwaves cannot be supplied to the plasma chamber.
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その第１の目
的とするところは、高電界によるイオン引出しが可能
で、大電流イオンビームを長時間引出せるマイクロ波イ
オン源を提供するにある。The present invention has been made in view of the above points, and a first object thereof is to provide a microwave ion source capable of extracting ions by a high electric field and capable of extracting a large current ion beam for a long time. .
又、本発明の第２の目的とするところは、横方向に任意
の広がりを有する大面積のプラズマ室を備えたマイクロ
波イオン源を実現することにある。A second object of the present invention is to realize a microwave ion source provided with a large-area plasma chamber having an arbitrary width in the lateral direction.
更に、本発明の第３の目的とするところは、プラズマ室
部分のマイクロ波同軸線路からのプラズマ中への金属元
素混入を減らし、イオン源を長時間動作させることので
きるマイクロ波イオン源を提供するにある。A third object of the present invention is to provide a microwave ion source capable of operating the ion source for a long time by reducing mixing of metallic elements into the plasma from the microwave coaxial line in the plasma chamber portion. There is.
上記第１の目的は、加速電極が高透磁率部材と低透磁率
部材とから成り、該低透磁率部材がプラズマ室側に配置
され、かつ、該低透磁率部材にイオン出射孔が設けられ
たり、あるいは加速電極が磁場吸収部材と磁場非吸収部
材とから成り、該磁場非吸収部材がプラズマ室側に配置
され、かつ、該磁場非吸収部材にイオン出射孔が設けら
れていることにより達成される。The first object is that the accelerating electrode comprises a high magnetic permeability member and a low magnetic permeability member, the low magnetic permeability member is arranged on the plasma chamber side, and the low magnetic permeability member is provided with an ion emission hole. Alternatively, the acceleration electrode is composed of a magnetic field absorption member and a magnetic field non-absorption member, the magnetic field non-absorption member is arranged on the plasma chamber side, and the magnetic field non-absorption member is provided with an ion emission hole. To be done.
また、第２の目的は、磁場発生手段が前記同軸線路の周
囲に設置されると共に、該磁場発生手段と加速電極とを
囲むように磁気通路を配置し、前記磁場発生手段、磁気
通路、及び加速電極からなる磁気通路を形成したり、あ
るいはプラズマ室を１つとし、この１つのプラズマ室へ
のマイクロ波導入口を複数設けると共に、各マイクロ波
導入口に同軸線路と、該同軸線路の周囲に設置された磁
場発生手段とをそれぞれ設けたり、プラズマ室を複数個
並列に設置し、該各々のプラズマ室に同軸線路と、該同
軸線路の周囲に設置された磁場発生手段とを独立に設け
ることにより達成される。A second object is that the magnetic field generation means is installed around the coaxial line, and a magnetic path is arranged so as to surround the magnetic field generation means and the acceleration electrode, and the magnetic field generation means, the magnetic path, and A magnetic path consisting of an accelerating electrode is formed, or one plasma chamber is provided, and a plurality of microwave introduction ports are provided to this one plasma chamber, and each microwave introduction port is provided with a coaxial line and around the coaxial line. And a plurality of plasma chambers are installed in parallel, and each of the plasma chambers is provided with a coaxial line and a magnetic field generation unit installed around the coaxial line independently. To be achieved.
さらに、本発明の第３の目的は、プラズマ室をマイクロ
波を良く透過する誘電体絶縁物で形成したり、あるいは
少なくともプラズマ室内の同軸線路を誘電体絶縁物で覆
うことにより達成される。Furthermore, the third object of the present invention is achieved by forming the plasma chamber with a dielectric insulating material that transmits microwaves well, or by covering at least the coaxial line in the plasma chamber with the dielectric insulating material.
これらの手段は、以下の作用ａ〜ｃを持つている。 These means have the following actions ac.
a.高透磁率部材で形成した加速電極は、プラズマ室内に
発生している0.1T程度の磁場の大部分を吸収し、イオン
引出し電界のかかつている空間への磁場の漏洩を減少さ
せる。これにより、イオン引出し空間で発生した荷電粒
子に与える影響を少なくすることができ、この部分での
耐放電電圧をあげられる。また、高透磁率部材よりもプ
ラズマに近い部分にイオン出射孔を設けることで、磁場
にトラツプされているプラズマ中のイオンをイオン出射
孔部分に導くことができ、問題なく高密度のイオンを引
出せる。a. The accelerating electrode formed of a high magnetic permeability member absorbs most of the magnetic field of about 0.1 T generated in the plasma chamber, and reduces the leakage of the magnetic field to the space where the ion extraction electric field is present. As a result, the influence on the charged particles generated in the ion extraction space can be reduced, and the discharge withstand voltage at this portion can be increased. Also, by providing the ion emission hole in a portion closer to the plasma than the high-permeability member, the ions in the plasma trapped by the magnetic field can be guided to the ion emission hole portion, and high density ions can be attracted without any problem. I can put it out.
b.磁場発生手段（永久磁石）をプラズマ室上部の同軸線
路部分に設置することで、プラズマ室周辺の構造物をな
くすることができ、大面積のプラズマ室を実現できる。
また、同軸線路が１つ、あるいは一次元的に並んでいる
場合は、永久磁石と加速電極を高透磁率部材で結合して
磁路を形成することにより、磁場の利用効率を上げるこ
とができる。b. By installing the magnetic field generating means (permanent magnet) in the coaxial line portion above the plasma chamber, the structure around the plasma chamber can be eliminated, and a large-area plasma chamber can be realized.
Further, when one coaxial line or one-dimensionally arranged, the utilization efficiency of the magnetic field can be improved by forming a magnetic path by coupling the permanent magnet and the acceleration electrode with a high magnetic permeability member. .
c.プラズマを誘電体絶縁物で形成したり、プラズマ室内
の同軸線路を誘電体絶縁物で覆うことで同軸線路部材が
プラズマにさらされなくなり、この部分からのプラズマ
中への金属元素混入を減らし、プラズマの汚染を防げる
と同時に長時間の連続動作が可能になる。c. By forming the plasma with a dielectric insulator or by covering the coaxial line in the plasma chamber with a dielectric insulator, the coaxial line members are not exposed to the plasma, reducing the mixing of metallic elements from this part into the plasma. In addition, it is possible to prevent plasma contamination, and at the same time, enable long-term continuous operation.
本発明の実施例を説明する前に、本発明に用いられるマ
イクロ波イオン源の動作原理を以下に説明する。Before describing the embodiments of the present invention, the operating principle of the microwave ion source used in the present invention will be described below.
第４図は、本発明によるマイクロ波イオン源のプラズマ
室内に発生する電場と磁場の関係を示す。FIG. 4 shows the relationship between the electric field and magnetic field generated in the plasma chamber of the microwave ion source according to the present invention.
第４図に於いて、マイクロ波21による電界31は交番電界
で、プラズマ室７に突出した同軸線路の内部導体5aと同
軸型放電箱６の間に発生する。一方、永久磁石より成る
磁場発生手段９による磁力線32は、磁場発生手段９と加
速電極11の高透磁率部材11a間に発生する。加速電極11
のプラズマ室７側に低透磁率部材11bがあるため、磁力
線32は低透磁率部材11bに設けられたイオン出射孔12を
通過することができる。この状態でプラズマ室７内に電
子が存在すると、電子は磁力線32に巻きつくように旋回
運動をしながらマイクロ波電界による加速、減速を受け
る。In FIG. 4, the electric field 31 generated by the microwave 21 is an alternating electric field, and is generated between the coaxial line inner conductor 5 a protruding into the plasma chamber 7 and the coaxial discharge box 6. On the other hand, the magnetic field lines 32 generated by the magnetic field generating means 9 made of a permanent magnet are generated between the magnetic field generating means 9 and the high magnetic permeability member 11 a of the acceleration electrode 11. Accelerating electrode 11
Since the low magnetic permeability member 11b is provided on the side of the plasma chamber 7, the magnetic force lines 32 can pass through the ion emitting hole 12 provided in the low magnetic permeability member 11b. When electrons are present in the plasma chamber 7 in this state, the electrons are accelerated and decelerated by the microwave electric field while making a swirling motion so as to be wound around the magnetic force lines 32.
このような電子が、プラズマ室７内に導入された試料ガ
ス22分子に衝突し、プラズマが発生する。発生したプラ
ズマ中のイオンも、マイクロ波電界と磁場発生手段９に
よる磁場から相互作用を受けるが、イオンは質量が大き
いため、マイクロ波の交番電界の変化に追従できず、磁
力線に巻きつくように磁力線32にそつて動く。そして、
イオン出射孔12に到達したイオンが、イオンビーム23と
して引出される。Such electrons collide with 22 molecules of the sample gas introduced into the plasma chamber 7 to generate plasma. Ions in the generated plasma also interact with the microwave electric field and the magnetic field generated by the magnetic field generating means 9, but since the ions have a large mass, they cannot follow the changes in the alternating electric field of the microwaves, and are thus wound around the magnetic field lines. It moves along the magnetic field lines 32. And
The ions that have reached the ion emission hole 12 are extracted as an ion beam 23.
次に、本発明の第１の実施例を第１図により説明する。Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例によるイオン源は、マイクロ波発生器１と、該
マイクロ波からのマイクロ波21をプラズマ室７へ供給す
る同軸線路（同軸形状導波管）２と、内部導体より成る
同軸線路導入部５と、同軸型放電箱６と、この同軸型放
電箱６内に形成されるプラズマ室７と、プラズマ室に設
置される誘電体絶縁物８と、永久磁石９より成る磁場発
生手段と、磁気通路10と、磁場中のマイクロ波放電で発
生させたプラズマに電界をかけてイオンを引き出す加速
電極11、及び減速電極13と、接地電極14と、各電極を支
持する絶縁碍子15,16と、プラズマ室７内部に試料ガス
を導入する試料ガス導入パイプ17とで概略構成させる。The ion source according to the present embodiment includes a microwave generator 1, a coaxial line (coaxial waveguide) 2 for supplying a microwave 21 from the microwave 21 to the plasma chamber 7, and a coaxial line introducing portion including an internal conductor. 5, a coaxial type discharge box 6, a plasma chamber 7 formed in the coaxial type discharge box 6, a dielectric insulator 8 installed in the plasma chamber, and a magnetic field generating means including a permanent magnet 9; A passage 10, an accelerating electrode 11 that draws out ions by applying an electric field to plasma generated by microwave discharge in a magnetic field, and a deceleration electrode 13, a ground electrode 14, and insulators 15 and 16 that support each electrode, It is roughly configured with a sample gas introduction pipe 17 for introducing a sample gas into the plasma chamber 7.
そして、本実施例においては、減速電極13を低透磁率部
材で構成し、加速電極11は高透磁率部材と低透磁率部材
の重ね合わせ構造となつている。また、プラズマ室７の
上部で、同軸線路導入部５の周囲に設置される永久磁石
９は、円筒形状で軸方向に磁化されている。極性に関す
る制限はなくどちらをＮ極としてもよい。しかも、永久
磁石９のマイクロ波を導入する側の端面と加速電極11の
高透磁率部材の周囲を、他の高透磁率部材で結合し、磁
気通路10を形成している。これにより、磁場損失が少な
くなり小形の永久磁石９で良いことになる。更に、プラ
ズマ室７は、同軸型放電箱６内部に誘電体絶縁物８が設
置されて形成され、この誘電体絶縁物８は、プラズマ室
７内の同軸線路導入部５の先端も覆つている。Further, in this embodiment, the deceleration electrode 13 is made of a low magnetic permeability member, and the acceleration electrode 11 has a superposed structure of a high magnetic permeability member and a low magnetic permeability member. In addition, the permanent magnet 9 installed in the upper part of the plasma chamber 7 around the coaxial line introducing portion 5 has a cylindrical shape and is magnetized in the axial direction. There is no limitation on the polarity, and either may be the N pole. Moreover, the end face of the permanent magnet 9 on the microwave introduction side and the periphery of the high-permeability member of the acceleration electrode 11 are joined by another high-permeability member to form the magnetic path 10. As a result, magnetic field loss is reduced, and a small permanent magnet 9 is sufficient. Further, the plasma chamber 7 is formed by installing a dielectric insulator 8 inside the coaxial discharge box 6, and the dielectric insulator 8 also covers the tip of the coaxial line introducing portion 5 in the plasma chamber 7. .
プラズマ室７内の磁場強度は0.05〜0.1T程度であり、本
イオン源においては、プラズマ室７内にマイクロ波21と
BF3,Ar,O2,N2等の試料ガス22を導入してプラズマを発生
させ、加速電極11に正の電圧、減速電極13に負の電圧を
印加すれば、プラズマからイオンビーム23を引出すこと
ができる。The magnetic field strength in the plasma chamber 7 is about 0.05 to 0.1 T, and in the present ion source, the microwave 21 is generated in the plasma chamber 7.
BF 3 , Ar, O 2 , N 2 or the like is introduced into the sample gas 22 to generate plasma, and a positive voltage is applied to the acceleration electrode 11 and a negative voltage is applied to the deceleration electrode 13, so that the ion beam 23 is generated from the plasma. You can withdraw.
第２図は第１図に於けるプラズマ室７の回わりのIII部
分の詳細を、第３図は第２図に於けるIV−IV方向から見
た図をそれぞれ示す。FIG. 2 shows the details of the part III of the turn of the plasma chamber 7 in FIG. 1, and FIG. 3 shows the view seen from the IV-IV direction in FIG.
第２図、及び第３図に於いて、加速電極11にはイオン出
射孔12が設けられており、このイオン出射孔12は、直径
3mmの単孔を形成する開口部12aを円周上に６個設けら
れ、かつ、プラズマ室７からイオン引出し方向に向つて
円錐状に開いた形状になつている。また、加速電極11
は、高透磁率部材11aと低透磁率部材11bを重ねた構造で
あり、低透磁率部材11bの厚さ（ｈ）は、イオン出射孔1
2のプラズマ室７側の直径（ｄ）と同程度、即ちｈ≒ｄ
（＝約3mm）にしている。本実施例の場合、高密度プラ
ズマの発生に必要なマイクロ波電力は100W程度で充分で
あり、マイクロ波の同軸線路導入部５を同軸ケーブルに
することも可能である。本実施例によれば、20mA程度の
大電流イオンが得られるイオン源を、第１図に示すよう
に、直径100mm,長さ100mm程度に小型で、低消費電力で
達成できる。又、プラズマ室７部分の同軸線路導入部５
が全て誘電体絶縁物８で覆われているため、この部分か
らのプラズマ中へ金属元素混入を減らすことができ、イ
オン源の長時間動作が可能になる。2 and 3, the acceleration electrode 11 is provided with an ion emission hole 12, and the ion emission hole 12 has a diameter of
Six openings 12a that form a single hole of 3 mm are provided on the circumference, and the openings 12a are conically opened from the plasma chamber 7 in the ion extracting direction. Also, the acceleration electrode 11
Is a structure in which a high magnetic permeability member 11a and a low magnetic permeability member 11b are stacked, and the thickness (h) of the low magnetic permeability member 11b is the same as that of the ion emission hole 1
2 is about the same as the diameter (d) of the plasma chamber 7 side, that is, h≈d
(= About 3 mm). In the case of the present embodiment, the microwave power required to generate high density plasma is about 100 W, and the microwave coaxial line introducing portion 5 can be a coaxial cable. According to this embodiment, as shown in FIG. 1, an ion source capable of obtaining a high-current ion of about 20 mA can be achieved with a small size of about 100 mm in diameter and about 100 mm in length and low power consumption. Also, the coaxial line introduction part 5 of the plasma chamber 7 part
Since all are covered with the dielectric insulator 8, it is possible to reduce the mixing of metal elements into the plasma from this portion, and it is possible to operate the ion source for a long time.
なお、第３図から明らかなように、イオン出射孔12は、
同軸線路２の内部導体の延長線上の位置Ｅからずらした
位置に設置している。As is apparent from FIG. 3, the ion emission hole 12 is
It is installed at a position displaced from the position E on the extension line of the inner conductor of the coaxial line 2.
本発明による第２の実施例を第５図により説明する。A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例は、均一で大面積、大電流のイオンビームを長
時間引き出すのに好適なイオン源である。The present embodiment is an ion source suitable for extracting a uniform, large-area, large-current ion beam for a long time.
該図に示す如く、本実施例では、マイクロ波21を同軸分
岐線路３で複数本、例えば９本に分岐し、それぞれを同
軸ケーブル４を通してプラズマ室７に供給している。プ
ラズマ室７は１つの部屋になつており、その構成は、永
久磁石９と同軸線路３との組が複数組設置されている他
は、上述の実施例と同様である。永久磁石９は第１の実
施例と同じ筒状のものを、それぞれのマイクロ波導入部
に各同軸ケーブル４を中に通すような形で設置してい
る。永久磁石９の極性は９個すべて同じ向きになつてい
る。As shown in the figure, in the present embodiment, the microwave 21 is branched by the coaxial branch line 3 into a plurality of lines, for example, 9 lines, and each is supplied to the plasma chamber 7 through the coaxial cable 4. The plasma chamber 7 is a single chamber, and its configuration is the same as that of the above-described embodiment except that a plurality of sets of the permanent magnet 9 and the coaxial line 3 are installed. The permanent magnet 9 has the same cylindrical shape as that of the first embodiment, and is installed so that the coaxial cables 4 pass through the respective microwave introducing portions. All nine permanent magnets 9 have the same polarity.
第６図に、マイクロ波導入位置とプラズマ室７の関係を
示す。該図の如く、大面積で均一なプラズマを発生させ
るために、マイクロ波導入位置を対称な形に配置すると
共に、試料ガス導入パイプ17も対称形に配置してある。FIG. 6 shows the relationship between the microwave introduction position and the plasma chamber 7. As shown in the figure, in order to generate a uniform plasma over a large area, the microwave introduction positions are arranged symmetrically, and the sample gas introduction pipes 17 are also arranged symmetrically.
第７図にイオン出射孔12とプラズマ室７の位置関係を示
す。該図の如く、イオン出射孔12の単体構造は、第１の
実施例と同じで、１つのマイクロ波導入系に対して複数
個、例えば４個のイオン出射孔12をセツトにし、複数個
のイオン出射孔12を互いに等間隔に配置している。これ
は、各イオン出射孔12から引出されるイオンビーム23の
特性を合わせ、トータルとして大面積で均一なイオンビ
ーム23を得るための方策である。本実施例によれば、総
電流120mA程度の大電流、大面積で特性のそろつた均一
なイオンビームを得ることができる。FIG. 7 shows the positional relationship between the ion exit hole 12 and the plasma chamber 7. As shown in the figure, the single structure of the ion emission holes 12 is the same as that of the first embodiment, and a plurality of ion emission holes 12, for example, four ion emission holes 12 are set for one microwave introduction system to form a plurality of ion emission holes. The ion emission holes 12 are arranged at equal intervals. This is a measure for combining the characteristics of the ion beam 23 extracted from each ion emission hole 12 to obtain a uniform ion beam 23 having a large area in total. According to the present embodiment, a large current with a total current of about 120 mA, a large area, and a uniform ion beam with uniform characteristics can be obtained.
上記第２の実施例では、第５図に於いて、永久磁石９の
極性をすべて同じ方向にそろえていたが、これを、１個
ずつ逆方向にし、１つの永久磁石から出た磁場が、とな
りの永久磁石に入るように設置しても、原理的には第２
の実施例と同様の効果を得ることができる。この場合、
第５図に示される磁気通路10が不要となる。In the second embodiment, the polarities of the permanent magnets 9 are all aligned in the same direction in FIG. 5, but they are reversed one by one, and the magnetic field emitted from one permanent magnet Even if it is installed so that it enters the permanent magnet next to it,
It is possible to obtain the same effect as that of the embodiment. in this case,
The magnetic path 10 shown in FIG. 5 is no longer necessary.
上記第２の実施例は、均一大面積イオンビームの取得を
目的としているが、第２の実施例において、同軸分岐線
路３に分岐先に送るマイクロ波電力をそれぞれ調整する
機構、例えば減衰器24を付加すれば、プラズマ室７内の
プラズマの密度分布を変化させることができ、大面積イ
オンビームの強度分布を制御可能にする効果がある。ま
た、第２の実施例において、プラズマ室７に供給する試
料ガス22の量を、それぞれ独立に制御することによつて
も、同様の効果を得ることができる。The second embodiment is intended to obtain a uniform large-area ion beam, but in the second embodiment, a mechanism for adjusting the microwave power to be sent to the coaxial branch line 3 to the branch destination, for example, an attenuator 24. Is added, the density distribution of plasma in the plasma chamber 7 can be changed, and the intensity distribution of a large area ion beam can be controlled. Further, in the second embodiment, the same effect can be obtained by controlling the amount of the sample gas 22 supplied to the plasma chamber 7 independently.
このような本実施例の構成とすることにより、永久磁石
からプラズマ室内に出た磁力線は、加速電極に入つてし
まうため、加速電極と減速電極間の空間に強磁場が存在
しなくなる。このため、高電界によるイオン引出しが可
能となり、容易に大電流イオンビームを得ることができ
る。With this configuration of the present embodiment, the magnetic field lines that have emerged from the permanent magnet into the plasma chamber enter the accelerating electrode, so that there is no strong magnetic field in the space between the accelerating electrode and the decelerating electrode. Therefore, it is possible to extract ions by a high electric field, and a high current ion beam can be easily obtained.
又、永久磁石をプラズマ室上部に複数個設置しているた
め、プラズマ室が横方向に任意に広がり、大面積のイオ
ンビームが実現できる。更に、プラズマ室部分のマイク
ロ波同軸線路がすべて誘電体絶縁物でおおわれているた
め、この部分からのプラズマ中への金属元素混入を減ら
すことができ、イオン源の長時間動作が可能になる。Further, since a plurality of permanent magnets are installed above the plasma chamber, the plasma chamber can be arbitrarily expanded in the lateral direction, and an ion beam having a large area can be realized. Further, since the microwave coaxial line in the plasma chamber portion is entirely covered with the dielectric insulator, it is possible to reduce the mixing of metallic elements into the plasma from this portion, and it is possible to operate the ion source for a long time.
本発明による第３の実施例を第８図により説明する。該
図に示す本実施例も第２の実施例と同様で、大面積、大
電流のイオンビームを長時間引き出すのに好適なイオン
源である。第２の実施例と異なるのは、プラズマ室７の
形状である。第２の実施例ではプラズマ室７が１つの大
きな部屋になつていたが、本実施例では、マイクロ波を
導入する各々の同軸線路5a,5b,5c,……に対し、それぞ
れ同軸線路5a,5b,5cを囲む永久磁石９、プラズマ室7a,7
b,7c……と試料ガス導入パイプ17a,17b,17c,……を対応
させて設置している。マイクロ波21の分岐方法、磁場発
生手段９の設置方法、加速電極11、プラズマ室7a,7b,7c
の構造等は、第２の実施例と同様になつている。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment shown in the figure is also the same as the second embodiment, and is an ion source suitable for extracting a large-area, large-current ion beam for a long time. The difference from the second embodiment is the shape of the plasma chamber 7. In the second embodiment, the plasma chamber 7 is one large chamber, but in the present embodiment, the coaxial lines 5a, 5b, 5c, ... Permanent magnet 9 surrounding 5b, 5c, plasma chamber 7a, 7
b, 7c ... and sample gas introduction pipes 17a, 17b, 17c, ... are installed in correspondence with each other. Microwave 21 branching method, magnetic field generating means 9 installation method, accelerating electrode 11, plasma chambers 7a, 7b, 7c
The structure and the like are similar to those of the second embodiment.
本実施例によれば、その効果は第２の実施例と同様で、
総電流120mA程度の大電流大面積で特性のそろつた均一
なイオンビームを得ることができる。さらに、それぞれ
のプラズマ室7a,7b,7c……に発生させるプラズマの有
無、イオン種、密度などを自由に制御できるようにな
る。その結果、１つのイオン源からいろいろな特性のイ
オンビームを引き出すことが可能になり、本イオン源の
利用分野を広げることができる。According to this embodiment, the effect is similar to that of the second embodiment,
It is possible to obtain a uniform ion beam with uniform characteristics over a large area with a large total current of about 120 mA. Further, it becomes possible to freely control the presence / absence of plasma generated in each plasma chamber 7a, 7b, 7c .. As a result, it is possible to extract an ion beam having various characteristics from one ion source, and the field of application of the present ion source can be expanded.
以上説明した本発明のマイクロ波イオン源によれば、加
速電極が高透磁率部材と低透磁率部材とから成り、該低
透磁率部材がプラズマ室側に配置され、かつ、該低透磁
率部材にイオン出射孔が設けられたり、あるいは加速電
極が磁場吸収部材と磁場非吸収部材とから成り、該磁場
非吸収部材がプラズマ室側に箔置され、かつ、該磁場非
吸収部材にイオン出射孔が設けられているものであるか
ら、高透磁率部材、あるいは磁場吸収部材で形成された
加速電極は、プラズマ室内に発生している0.1T程度の磁
場の大部分を吸収し、イオン引出し電界のかかつている
空間への磁場の漏洩を減少させ、これにより、イオン引
出し空間で発生した荷電粒子に与える影響を少なくする
ことができ、この部分での耐放電電圧が上げられるた
め、高電界によるイオンの引出しが可能で、大電流のイ
オンビームを長時間引出せるし、高透磁率部材、あるい
は磁場吸収部材よりもプラズマに近い部分にイオン出射
孔を設けることで、磁場にトラツプされているプラズマ
中のイオンをイオン出射孔部分に導くことができ、問題
なく高密度のイオンを引出すことができる。According to the microwave ion source of the present invention described above, the accelerating electrode includes the high magnetic permeability member and the low magnetic permeability member, the low magnetic permeability member is disposed on the plasma chamber side, and the low magnetic permeability member is provided. Or an accelerating electrode is composed of a magnetic field absorption member and a magnetic field non-absorption member, the magnetic field non-absorption member is placed on the plasma chamber side, and the magnetic field non-absorption member has an ion emission hole. Therefore, the accelerating electrode formed of a high magnetic permeability member or a magnetic field absorption member absorbs most of the magnetic field of about 0.1 T generated in the plasma chamber, and By reducing the leakage of the magnetic field to the existing space, it is possible to reduce the influence on the charged particles generated in the ion extraction space and increase the withstand voltage in this part, so that the ion due to the high electric field is increased. It is possible to extract a high-current ion beam for a long time, and by providing an ion emission hole closer to the plasma than the high magnetic permeability member or magnetic field absorption member, the plasma trapped in the magnetic field Ions inside can be guided to the ion emission hole portion, and high-density ions can be extracted without problems.
また、磁場発生手段が同軸線路の周囲に設置されると共
に、該磁場発生手段と加速電極とを囲むように磁気通路
を配置し、前記磁場発生手段、磁気通路、及び加速電極
からなる磁気通路を形成したり、あるいはプラズマ室を
１つとし、この１つのプラズマ室へのマイクロ波導入口
を複数設けると共に、各マイクロ波導入口に同軸線路
と、該同軸線路の周囲に設置された磁場発生手段とをそ
れぞれ設けたり、プラズマ室を複数個並列に設置し、該
各々のプラズマ室に同軸線路と、該同軸線路の周囲に設
置された磁場発生手段とを独立に設けたものであるか
ら、磁場発生手段（永久磁石）をプラズマ室上部の同軸
線路部分に設置することで、プラズマ室周辺の構造物を
無くすことができ、大面積のプラズマ室を実現できる。
また、同軸線路が１つ、あるいは一次元的に並んでいる
場合は、永久磁石と加速電極を高透磁率部材、あるいは
磁場吸収部材で結合して磁路を形成することにより、磁
場の利用効率を上げることができる。Further, the magnetic field generating means is installed around the coaxial line, and a magnetic path is arranged so as to surround the magnetic field generating means and the accelerating electrode, and a magnetic path including the magnetic field generating means, the magnetic path and the accelerating electrode is provided. Or one plasma chamber, a plurality of microwave introduction ports are provided to this one plasma chamber, and each microwave introduction port is provided with a coaxial line and a magnetic field generation means installed around the coaxial line. Each of them is provided or a plurality of plasma chambers are installed in parallel, and the coaxial line and the magnetic field generating means installed around the coaxial line are independently provided in each of the plasma chambers. By installing the (permanent magnet) in the coaxial line portion above the plasma chamber, the structure around the plasma chamber can be eliminated, and a large-area plasma chamber can be realized.
When one coaxial line is arranged or one-dimensionally arranged, a permanent magnet and an accelerating electrode are connected by a high magnetic permeability member or a magnetic field absorbing member to form a magnetic path, thereby improving the utilization efficiency of the magnetic field. Can be raised.
さらに、プラズマ室をマイクロ波を良く透過する誘電体
絶縁物で形成したり、あるいは少なくともプラズマ室内
の同軸線路を誘電体絶縁物で覆ったものであるから、プ
ラズマ室部分のマイクロ波同軸線路が全て誘電体絶縁物
で覆われているため、この部分からのプラズマ中への金
属元素混入を減らすことができ、イオン源の長時間動作
が可能になる等優れた効果のあるマイクロ波イオン源が
提供できる。Furthermore, since the plasma chamber is formed of a dielectric insulator that transmits microwaves well, or at least the coaxial line in the plasma chamber is covered with a dielectric insulator, all microwave coaxial lines in the plasma chamber portion are covered. Since it is covered with a dielectric insulator, it is possible to reduce the mixing of metal elements into the plasma from this part and provide a microwave ion source with excellent effects such as enabling the ion source to operate for a long time. it can.
第１図は本発明のマイクロ波イオン源の第１の実施例を
示す断面図、第２図は第１図のIIIの部分の詳細断面
図、第３図は第２図に於いてIV−IV方向に見た平面図、
第４図は本発明のマイクロ波イオン源における動作原理
を説明するための断面図、第５図は本発明のマイクロ波
イオン源の第２の実施例を示す断面図、第６図は第５図
に於いてVI−VI方向に見た断面図、第７図は第５図に於
いてVII−VII方向に見た断面図、第８図は本発明のマイ
クロ波イオン源の第３の実施例を示す断面図である。 １……マイクロ波発生器、２……同軸線路、３……同軸
分岐線路、４……同軸線路、５……同軸線路導入部、5a
……同軸線路内部導体、６……同軸型放電箱、７……プ
ラズマ室、８……誘電体絶縁物、９……永久磁石、10…
…磁気通路、11……加速電極、11a……加速電極の高透
磁率部分、11b……加速電極の低透磁率部分、12……イ
オン出射孔、12a……開口部、13……減速電極、14……
接地電極、15……絶縁碍子、16……絶縁碍子、17……試
料ガス導入パイプ、21……マイクロ波、22……試料ガ
ス、23……イオンビーム、24……減衰器。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the microwave ion source of the present invention, FIG. 2 is a detailed sectional view of a portion III in FIG. 1, and FIG. A plan view seen in the IV direction,
FIG. 4 is a sectional view for explaining the operation principle of the microwave ion source of the present invention, FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the microwave ion source of the present invention, and FIG. Fig. 7 is a sectional view taken along line VI-VI, Fig. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in Fig. 5, and Fig. 8 is a third embodiment of the microwave ion source of the present invention. It is sectional drawing which shows an example. 1 ... Microwave generator, 2 ... Coaxial line, 3 ... Coaxial branch line, 4 ... Coaxial line, 5 ... Coaxial line introduction part, 5a
...... Coaxial line inner conductor, 6 ... Coaxial type discharge box, 7 ... Plasma chamber, 8 ... Dielectric insulator, 9 ... Permanent magnet, 10 ...
… Magnetic path, 11 …… Accelerating electrode, 11a …… High permeability part of the accelerating electrode, 11b …… Low permeability part of the accelerating electrode, 12 …… Ion exit hole, 12a …… Aperture, 13 …… Deceleration electrode ,14……
Ground electrode, 15 …… Insulator, 16 …… Insulator, 17 …… Sample gas introduction pipe, 21 …… Microwave, 22 …… Sample gas, 23 …… Ion beam, 24 …… Attenuator.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 孝義 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 雨宮 健介 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−108428（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takayoshi Seki 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Institute, Ltd. Within Hitachi Research Laboratory (56) Reference JP-A-62-108428 (JP, A)
Claims (13)
イクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プラ
ズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場中
のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出し
電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電極
とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記加速電極は高透磁率部材と低透磁率部材とから成
り、該低透磁率部材が前記プラズマ室側に配置され、か
つ、該低透磁率部材にイオン出射孔が設けられているこ
とを特徴とするマイクロ波イオン源。1. A microwave source, a coaxial line for supplying a microwave from the microwave source to a plasma chamber, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and a microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source including an acceleration electrode for extracting ions by applying an ion extraction electric field to plasma, and a deceleration electrode, the acceleration electrode includes a high magnetic permeability member and a low magnetic permeability member, and the low magnetic permeability member is A microwave ion source arranged on the side of the plasma chamber, wherein the low magnetic permeability member is provided with an ion emission hole.
開口部を有し、この開口部よりイオン引出し方向に向っ
て円錐状に開いた形状となっていることを特徴とする請
求項１記載のマイクロ波イオン源。2. The ion emission hole has an opening on the side of the plasma chamber, and has a conical shape that opens from the opening in the ion extracting direction. The described microwave ion source.
導体延長線上の位置からずらした位置に配置したことを
特徴とする請求項１、又は２記載のマイクロ波イオン
源。3. The microwave ion source according to claim 1, wherein the ion emitting hole is arranged at a position displaced from a position on the extension line of the inner conductor of the coaxial line.
孔を複数個設置することを特徴とする請求項１、２、又
は３記載のマイクロ波イオン源。4. The microwave ion source according to claim 1, wherein a plurality of the ion emitting holes are provided for one coaxial line.
射孔の開口部の直径ｄとの間に、ｈ≒ｄの関係があるこ
とを特徴とする請求項１、又は２記載のマイクロ波イオ
ン源。5. The thickness h of the low-permeability member and the diameter d of the opening of the ion emission hole have a relationship of h≈d. Microwave ion source.
イクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プラ
ズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場中
のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出し
電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電極
とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記磁場発生手段は、前記同軸線路の周囲に設置される
と共に、該磁場発生手段と前記加速電極とを囲むように
磁気通路を配置し、前記磁場発生手段、磁気通路、及び
加速電極からなる磁気通路を形成することを特徴とする
マイクロ波イオン源。6. A microwave source, a coaxial line for supplying a microwave from the microwave source to a plasma chamber, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and a microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source including an accelerating electrode that draws ions by applying an ion extracting electric field to plasma, and a decelerating electrode, the magnetic field generating means is installed around the coaxial line, and the magnetic field generating means and the A microwave ion source, wherein a magnetic path is arranged so as to surround the acceleration electrode, and a magnetic path composed of the magnetic field generating means, the magnetic path, and the acceleration electrode is formed.
イクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プラ
ズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場中
のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出し
電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電極
とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記プラズマ室を１つとし、この１つのプラズマ室への
マイクロ波導入口を複数設けると共に、各マイクロ波導
入口に同軸線路と、該同軸線路の周囲に設置された磁場
発生手段とをそれぞれ設けたことを特徴とするマイクロ
波イオン源。7. A microwave source, a coaxial line for supplying a microwave from the microwave source to a plasma chamber, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and a microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source provided with an accelerating electrode for extracting ions by applying an ion extracting electric field to plasma, and a decelerating electrode, the plasma chamber is defined as one, and a plurality of microwave introduction ports are provided to this one plasma chamber, A microwave ion source characterized in that a coaxial line and a magnetic field generating means installed around the coaxial line are provided in each microwave introduction port.
イクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プラ
ズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場中
のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出し
電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電極
とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記プラズマ室を複数個並列に設置し、該各々のプラズ
マ室に同軸線路と、該同軸線路の周囲に設置された磁場
発生手段とを独立に設けたことを特徴とするマイクロ波
イオン源。8. A microwave source, a coaxial line for supplying microwaves from the microwave source to a plasma chamber, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source provided with an acceleration electrode and a deceleration electrode for extracting ions by applying an ion extraction electric field to plasma, a plurality of the plasma chambers are installed in parallel, and a coaxial line and a coaxial line are provided in each plasma chamber. A microwave ion source characterized by being provided independently of magnetic field generating means installed around a line.
波調整機構を設けたことを特徴とする請求項７、又は８
記載のマイクロ波イオン源。9. The microwave adjusting mechanism is provided in each of the plurality of coaxial lines.
The described microwave ion source.
数個設け、各試料ガス導入系の試料ガス流量をそれぞれ
独立に制御することを特徴とする請求項７、又は８記載
のマイクロ波イオン源。10. The microwave ion according to claim 7, wherein a plurality of sample gas introduction systems are provided to the plasma chamber, and the sample gas flow rate of each sample gas introduction system is independently controlled. source.
マイクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プ
ラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場
中のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出
し電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電
極とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記加速電極は磁場吸収部材と磁場非吸収部材とから成
り、該磁場非吸収部材が前記プラズマ室側に配置され、
かつ、該磁場非吸収部材にイオン出射孔が設けられてい
ることを特徴とするマイクロ波イオン源。11. A microwave source, a coaxial line for supplying microwaves from the microwave source to a plasma chamber, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source provided with an acceleration electrode for extracting ions by applying an ion extraction electric field to plasma, and a deceleration electrode, the acceleration electrode includes a magnetic field absorption member and a magnetic field non-absorption member, and the magnetic field non-absorption member is the It is located on the plasma chamber side,
Further, a microwave ion source, wherein the magnetic field non-absorption member is provided with an ion emission hole.
マイクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プ
ラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場
中のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出
し電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電
極とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記プラズマ室内に前記同軸線路の先端を突出させ、か
つ、少なくとも前記プラズマ室内の同軸線路を誘電体絶
縁物で覆ったことを特徴とするマイクロ波イオン源。12. A microwave source, a coaxial line for supplying a microwave from the microwave source to a plasma chamber, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and a microwave discharge in the magnetic field. In a microwave ion source provided with an accelerating electrode and an decelerating electrode for extracting ions by applying an ion extraction electric field to plasma, a tip of the coaxial line is projected into the plasma chamber, and at least a coaxial line in the plasma chamber is provided. A microwave ion source characterized by being covered with a dielectric insulator.
マイクロ波をプラズマ室へ供給する同軸線路と、前記プ
ラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記磁場
中のマイクロ波放電で発生させたプラズマにイオン引出
し電界をかけてイオンを引き出す加速電極、及び減速電
極とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記プラズマ室を誘電体絶縁物で形成したことを特徴と
するマイクロ波イオン源。13. A microwave source, a coaxial line for supplying microwaves from the microwave source to a plasma chamber, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the plasma chamber, and microwave discharge in the magnetic field. A microwave ion source provided with an acceleration electrode and a deceleration electrode for extracting ions by applying an ion extraction electric field to plasma, wherein the plasma chamber is formed of a dielectric insulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1060992A JPH0727764B2 (en) | 1988-03-16 | 1989-03-15 | Microwave ion source |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6037988 | 1988-03-16 | ||
| JP63-60379 | 1988-03-16 | ||
| JP1060992A JPH0727764B2 (en) | 1988-03-16 | 1989-03-15 | Microwave ion source |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH025332A JPH025332A (en) | 1990-01-10 |
| JPH0727764B2 true JPH0727764B2 (en) | 1995-03-29 |
Family
ID=26401445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1060992A Expired - Lifetime JPH0727764B2 (en) | 1988-03-16 | 1989-03-15 | Microwave ion source |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH0727764B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940006083B1 (en) * | 1991-09-11 | 1994-07-06 | 금성일렉트론 주식회사 | Loc package and manufacturing method thereof |
| KR100505176B1 (en) * | 1996-09-27 | 2005-10-10 | 서페이스 테크놀로지 시스템스 피엘씨 | Plasma Processing Equipment |
-
1989
- 1989-03-15 JP JP1060992A patent/JPH0727764B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH025332A (en) | 1990-01-10 |
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